CN104387583A - 天冬氨酸氨基树脂及其制备方法和应用 - Google Patents
天冬氨酸氨基树脂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
一种天冬氨酸氨基树脂及其制备方法和应用,该制备方法以天冬氨酸、一缩二乙二醇、己二酸为聚合单体,三羟甲基丙烷为交联剂,通过共聚制得天冬氨酸氨基树脂。本发明通过引入含羟基线性低聚物的改性方法,使天冬氨酸共聚成不同粘度的均匀液体,适合于制备不同密度的泡孔材料。本树脂的技术指标为粘度1600~5000cps/25℃,水分<0.5%,酸值<5mgKOH/g,羟值380~500mgKOH/g。
Description
技术领域
本发明涉及高分子合成领域,即合成含酰胺基结构单元的多羟基树脂,并利用该树脂进一步制成不同密度的成型材料。
背景技术
天冬氨酸是一种可通过生物法制取的化合物,具有无毒可降解的特性,是被公认的绿色化学品,由天冬氨酸聚合可制备聚天冬氨酸树脂,其含氨基和羧基两种基团,具有极强的螯合、吸附等作用,广泛地应用于生物工程、医药化工,农林种植等领域。随着环境污染问题日益严峻,生物降解性能优良的天冬氨酸聚合产品必将得到广泛的应用。
聚天冬氨酸的制备目前主要采用热缩聚方法制得。通过采取本体加热自缩聚和在溶液介质中热缩聚的方法,可制取不同分子量及不同分布系数的聚天冬氨酸产品,用作土壤改良剂、肥料增效剂、水处理剂、缓蚀剂、吸水剂等,但由于天冬氨酸及其聚合物难溶难熔的物性,以及刚性链结构和羧基与氨基的竞聚特性,增大了其加工难度,同时也限制其在合成材料上的应用。
发明内容
本发明提供一种天冬氨酸氨基树脂及其制备方法和应用,制备的树脂具有羟值高,酸值低,粘度小等特点。
本发明的技术方案为:一种天冬氨酸氨基树脂的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将天冬氨酸、己二酸聚酯溶液和催化剂反应得到反应物Ⅰ;
步骤二、将己二酸、苯酐、二乙二醇、三羟甲基丙烷,在120~280℃反应得到反应物Ⅱ;
步骤三、将反应物Ⅰ加入到反应物Ⅱ中,加入甲苯,加热到80~180℃反应,得到天冬氨酸氨基树脂。
步骤一所述的己二酸聚酯溶液的性能指标为粘度150~1200cps/25℃,酸值<5mgKOH/g,水分<0.5%wt;所述催化剂为磷酸或可耐200℃以上的固体酸。
步骤一中天冬氨酸与己二酸聚酯溶液质量比为100:150~300。
步骤一中天冬氨酸与催化剂质量比为100:2~8。
步骤二中己二酸、苯酐、二乙二醇、三羟甲基丙烷质量比为100:46:167~195:2.5~9.5。
步骤三中反应物Ⅰ与反应物Ⅱ质量比为100:100~900,反应物Ⅱ与甲苯质量比为100:10~50。
所述的天冬氨酸氨基树脂的制备方法得到的天冬氨酸氨基树脂,粘度1600~5000cps/25℃,水分<0.5%wt,酸值<5mgKOH/g,羟值380~500mgKOH/g。
所述的天冬氨酸氨基树脂在制备聚氨酯泡孔材料中的应用。
所述的天冬氨酸氨基树脂与4110聚醚任意共混,再与异氰酸酯反应,所述的天冬氨酸氨基树脂与4110聚醚质量比为100:0~900。
本发明的有益效果:本发明提供了一种天冬氨酸树脂的制备方法。该制备方法以天冬氨酸、己二酸、苯酐、二乙二醇和三羟甲基丙烷为聚合单体,经共聚缩合成含酰亚胺结构单元的天冬氨酸氨基树脂。本发明通过引入含羟基线性低聚物的改性方法,使天冬氨酸共聚成不同粘度的均匀液体,适合于制备不同密度的泡孔材料。本树脂的技术指标为粘度1600~5000cps/25℃,水分<0.5%,酸值<5mgKOH/g,羟值380~500mgKOH/g。
附图说明
图1为天冬氨酸红外图。
图2为反应物Ⅱ红外图。
图3为天冬氨酸氨基树脂红外图。
具体实施方式
本发明公开了一种天冬氨酸氨基树脂的制备方法,包括:
1、将天冬氨酸、己二酸聚酯溶液和催化剂混合搅拌,加热,160~240℃反应得到反应物Ⅰ。所述己二酸聚酯溶液的性能指标为粘度150~1200cps/25℃,酸值<5mgKOH/g,水分<0.5%,所述催化剂为磷酸或可耐200℃以上的固体酸。天冬氨酸、己二酸聚酯的质量比为100:150~300,最佳配比为100:200~250;天冬氨酸与催化剂质量比为100:2~8,最佳配比为100:4~8。最佳反应温度为180~200℃,反应时间1~6小时,最佳反应时间为4~5小时。
2、将己二酸、苯酐、二乙二醇、三羟甲基丙烷混合搅拌,加热,在120~280℃ 下反应得到反应物Ⅱ。己二酸、苯酐、二乙二醇、三羟甲基丙烷质量比为100:46:167~195:2.5~9.5,最佳配比为100:46:175~185:5.5~8.5。反应时间为4~6小时,最佳的反应条件为120~140℃阶段,反应2~3小时,140~280℃反应2~3小时。
3、将反应物Ⅰ和甲苯加入到反应物Ⅱ中,在80~180℃下反应,得到天冬氨酸氨基树脂。反应物Ⅰ与反应物Ⅱ质量配比为100:100~900,最佳配比为100:200~500,反应物Ⅱ与甲苯配比为100:10~50,最佳配比为100:20~35。所述反应物Ⅰ加入反应物Ⅱ后,需维持反应温度在100~180℃反应5小时,最佳条件为120℃反应3小时,然后升温至140~180℃,直至无油溜出,得到天冬氨酸氨基树脂。
所述天冬氨酸氨基树脂制备过程中,还需包括去离子水洗涤过程和抽滤过程。
所述不同密度的成型材料制备过程,天冬氨酸氨基树脂可以单独或与4110聚醚任意比共混后再与异氰酸酯反应,天冬氨酸氨基树脂与聚醚质量比为100:0~900。
由于天冬氨酸具有优异的环保特性和十分稳定的酰胺链段结构,可以采取引入链段来改善其性能,并且利用其酰胺链段与大多数有机线性链段的不相容性,赋予其共聚物特殊的形态结构与化学性能。同时由于软段的引入,可产生物理互交联网的作用,从而使合成的共聚物力学性能大为改善。
本发明提供了一种以天冬氨酸、己二酸、苯酐、二乙二醇、三羟甲基丙烷为原料制备天冬氨酸氨基树脂的方法,本方法通过在PSI刚性链段结构上引入线性柔软链段,使难溶难熔的天冬氨酸聚合物形成多羟基的共聚物溶液,得到的产品为不同粘度的均匀液体,其可进一步制备不同密度的成型材料,从而为天冬氨酸的利用提供了有效的途径。为了进一步阐明本发明的技术路线,下面结合实施例对本发明实施方案进行说明。
以下均为质量份。
实施例1
1、将100份天冬氨酸、150份己二酸聚酯溶液和2份磷酸加入到反应釜中,搅拌20分钟,1小时内升温至200℃,并保温3小时,冷却,抽滤,加入1.5~2 倍天冬氨酸体积的乙醇清洗后再用去离子水清洗2~3次,得到反应物Ⅰ。
2、将己二酸、苯酐、二乙二醇、三羟甲基丙烷按质量比为100:46:195:2.5加入反应釜中混合搅拌20分钟,加热至120℃,反应2小时,再升温至140~160℃反应3小时,再逐步升温至280℃至无馏出物产生,得到反应物Ⅱ。
3、将100份反应物Ⅰ、100份反应物Ⅱ和20份甲苯加入反应釜中,搅拌20分钟,升温至120~140℃反应3小时,再逐步升温至180℃,至分离器中无油相产生,得到天冬氨酸氨基树脂。该树脂粘度为3300cps/25℃,羟值为420mgKOH/g,酸值为3.0mgKOH/g,水分为0.34%。
4、将该树脂100份与100份4110聚醚共混,加入发泡剂10份以及催化剂,与PAPI共混制得成型材料,密度0.032g/cm3,压缩强度0.35Mpa。
实施例2
1、将100份天冬氨酸、300份己二酸聚酯溶液和8份磷酸加入到反应釜中,搅拌20分钟,1小时内升温至180℃,并保温3小时,冷却,抽滤,加入1.5~2倍天冬氨酸体积的乙醇清洗后再用去离子水清洗2~3次,得到反应物Ⅰ。
2、将己二酸、苯酐、二乙二醇、三羟甲基丙烷按质量比为100:46:167:9.5加入反应釜中混合搅拌20分钟,加热至120℃,反应2小时,再升温至140~160℃反应3小时,再逐步升温至280℃至无溜出物产生,得到反应物Ⅱ。
3、将100份反应物Ⅰ、100份反应物Ⅱ和50份甲苯加入反应釜中,搅拌20分钟,升温至120~140℃反应3小时,再逐步升温至180℃,至分离器中无油相产生,得到天冬氨酸氨基树脂。该树脂粘度为2100cps/25℃,羟值为450mgKOH/g,酸值为3.5mgKOH/g,水分为0.28%。
4、将该树脂100份与100份4110聚醚共混,加入发泡剂10份以及催化剂,与PAPI共混制得成型材料,密度0.031g/cm3,压缩强度0.32Mpa。
实施例3
1、将100份天冬氨酸、200份己二酸聚酯溶液和4份磷酸加入到反应釜中,搅拌20分钟,1小时内升温至240℃,并保温3小时,冷却,抽滤,加入1.5~2倍天冬氨酸体积的乙醇清洗后再用去离子水清洗2~3次,得到反应物Ⅰ。
2、将己二酸、苯酐、二乙二醇、三羟甲基丙烷按质量比为100:46:175:5.5加入反应釜中混合搅拌20分钟,加热至120℃,反应2小时,再升温至 140~160℃反应2小时,再逐步升温至280℃至无溜出物产生,得到反应物Ⅱ。
3、将100份反应物Ⅰ、100份反应物Ⅱ和35份甲苯加入反应釜中,搅拌20分钟,升温至120~140℃反应3小时,再逐步升温至180℃,至分离器中无油相产生,得到天冬氨酸氨基树脂。该树脂粘度为4500cps/25℃,羟值为405mgKOH/g,酸值为3.6mgKOH/g,水分为0.42%。
4、将该树脂100份与100份4110聚醚共混,加入发泡剂10份以及催化剂,与PAPI共混制得成型材料,密度0.028g/cm3,压缩强度0.28Mpa。
实施例4
1、将100份天冬氨酸、150份己二酸聚酯溶液和2份磷酸加入到反应釜中,搅拌20分钟,1小时内升温至200℃,并保温3小时,冷却,抽滤,加入1.5~2倍天冬氨酸体积的乙醇清洗后再用去离子水清洗2~3次,得到反应物Ⅰ。
2、将己二酸、苯酐、二乙二醇、三羟甲基丙烷按质量比为100:46:195:2.5加入反应釜中混合搅拌20分钟,加热至120℃,反应2小时,再升温至140~160℃反应3小时,再逐步升温至280℃至无溜出物产生,得到反应物Ⅱ。
3、将100份反应物Ⅰ、200份反应物Ⅱ和35份甲苯加入反应釜中,搅拌20分钟,升温至120~140℃反应3小时,再逐步升温至180℃,至分离器中无油相产生,得到天冬氨酸氨基树脂。该树脂粘度为4800cps/25℃,羟值为412mgKOH/g,酸值为3.2mgKOH/g,水分为0.46%。
4、将该树脂100份与100份4110聚醚共混,加入发泡剂10份以及催化剂,与PAPI共混制得成型材料,密度0.033g/cm3,压缩强度0.27Mpa。
实施例5
1、将100份天冬氨酸、250份己二酸聚酯溶液和2份磷酸加入到反应釜中,搅拌20分钟,1小时内升温至200℃,并保温3小时,冷却,抽滤,加入1.5~2倍天冬氨酸体积的乙醇清洗后再用去离子水清洗2~3次,得到反应物Ⅰ。
2、将己二酸、苯酐、二乙二醇、三羟甲基丙烷按质量比为100:46:175:5.5加入反应釜中混合搅拌20分钟,加热至120℃,反应2小时,再升温至140~160℃反应3小时,再逐步升温至280℃至无溜出物产生,得到反应物Ⅱ。
3、将100份反应物Ⅰ、500份反应物Ⅱ和35份甲苯加入反应釜中,搅拌20分钟,升温至120~140℃反应3小时,再逐步升温至180℃,至分离器中无油相 产生,得到天冬氨酸氨基树脂。该树脂粘度为3300cps/25℃,羟值为430mgKOH/g,酸值为4.2mgKOH/g,水分为0.48%。
4、将该树脂100份与100份4110聚醚共混,加入发泡剂10份以及催化剂,与PAPI共混制得成型材料,密度0.022g/cm3,压缩强度0.22Mpa。
实施例6
1、将100份天冬氨酸、100份己二酸聚酯溶液和2份磷酸加入到反应釜中,搅拌20分钟,1小时内升温至200℃,并保温3小时,冷却,抽滤,加入1.5~2倍天冬氨酸体积的乙醇清洗后再用去离子水清洗2~3次,得到反应物Ⅰ。
2、将己二酸、苯酐、二乙二醇、三羟甲基丙烷按质量比为100:46:175:5.5加入反应釜中混合搅拌20分钟,加热至120℃,反应2小时,再升温至140~160℃反应3小时,再逐步升温至280℃至无溜出物产生,得到反应物Ⅱ。
3、将100份反应物Ⅰ、150份反应物Ⅱ和35份甲苯加入反应釜中,搅拌20分钟,升温至120~140℃反应3小时,再逐步升温至180℃,至分离器中无油相产生,得到天冬氨酸氨基树脂。该树脂粘度为4650cps/25℃,羟值为450mgKOH/g,酸值为3.5mgKOH/g,水分为0.32%。
4、将该树脂100份与20份4110聚醚共混,加入发泡剂1.5份以及催化剂,与PAPI共混制得成型材料,密度0.3g/cm3,压缩强度0.35Mpa。
由本发明制得的天冬氨酸氨基树脂可与4110聚醚树脂任意混合,加入发泡剂和催化剂,与PAPI共混制取泡孔材料,其密度0.02~0.3g/cm3,压缩强度≥150Kpa。
Claims (9)
1.一种天冬氨酸氨基树脂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将天冬氨酸、己二酸聚酯溶液和催化剂反应得到反应物Ⅰ;
步骤二、将己二酸、苯酐、二乙二醇、三羟甲基丙烷,在120~280℃反应得到反应物Ⅱ;
步骤三、将反应物Ⅰ加入到反应物Ⅱ中,加入甲苯,加热到80~180℃反应,得到天冬氨酸氨基树脂。
2.根据权利要求1所述的天冬氨酸氨基树脂的制备方法,其特征在于,步骤一所述的己二酸聚酯溶液的性能指标为粘度150~1200cps/25℃,酸值<5mgKOH/g,水分<0.5%wt;所述催化剂为磷酸或可耐200℃以上的固体酸。
3.根据权利要求1所述的天冬氨酸氨基树脂的制备方法,其特征在于,步骤一中天冬氨酸与己二酸聚酯溶液质量比为100:150~300。
4.根据权利要求1所述的天冬氨酸氨基树脂的制备方法,其特征在于,步骤一中天冬氨酸与催化剂质量比为100:2~8。
5.根据权利要求1所述的天冬氨酸氨基树脂的制备方法,其特征在于,步骤二中己二酸、苯酐、二乙二醇、三羟甲基丙烷质量比为100:46:167~195:2.5~9.5。
6.根据权利要求1所述的天冬氨酸氨基树脂的制备方法,其特征在于,步骤三中反应物Ⅰ与反应物Ⅱ质量比为100:100~900,反应物Ⅱ与甲苯质量比为100:10~50。
7.权利要求1~6任一所述的天冬氨酸氨基树脂的制备方法得到的天冬氨酸氨基树脂,其特征在于,粘度1600~5000cps/25℃,水分<0.5%wt,酸值<5mgKOH/g,羟值380~500 mgKOH/g。
8.权利要求7所述的天冬氨酸氨基树脂在制备聚氨酯泡孔材料中的应用。
9.根据权利要求8所述的天冬氨酸氨基树脂在制备聚氨酯泡孔材料中的应用,其特征在于,所述的天冬氨酸氨基树脂与4110聚醚任意共混,再与异氰酸酯反应,所述的天冬氨酸氨基树脂与4110聚醚质量比为100:0~900。
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